熱電式傳感器的原理 Microsoft Word 文檔

1、熱電式傳感器 編輯本詞條缺少名片圖，補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容使詞條更完整，還能快速升級(jí)，趕緊來(lái)編輯吧！熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。中文名熱電式傳感器定    義將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置熱電特點(diǎn)測(cè)量精度高，廣熱電優(yōu)勢(shì)信號(hào)輸出較大目錄. 1 定義. 2 特點(diǎn). 3 工作原理. 4 熱電偶工作原理. 5 熱電偶基本定律. 6 常用熱電偶. 7 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：定義編輯例如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動(dòng)勢(shì)、熱膨脹

2、、導(dǎo)磁率等的變化，再通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路達(dá)到檢測(cè)溫度的目的。把溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的熱電式傳感器稱(chēng)為熱電偶；把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的熱電式傳感器稱(chēng)為熱電阻。特點(diǎn)編輯1、熱電偶特點(diǎn)：測(cè)量精度高：因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣：常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800(如鎢-錸)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便：熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。2、熱電阻特點(diǎn)：信號(hào)輸出較大，易于測(cè)量；熱電阻要借助外加電源，而熱電偶可自身產(chǎn)生電勢(shì)；熱電阻的測(cè)溫反應(yīng)速度慢；同類(lèi)材

3、料制成的熱電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高。工作原理編輯熱電偶是利用熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。所謂熱電效應(yīng)，就是兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。由熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)包括接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。溫差電動(dòng)勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。其產(chǎn)生的機(jī)理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的

4、電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。熱電偶工作原理編輯熱電效應(yīng)如右圖所示，兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A、B串接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)處的溫度不同，即TT0，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì)，也稱(chēng)熱電動(dòng)勢(shì)，常用EAB(T，T0)表示。同時(shí)在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。幾個(gè)概念：熱電極：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B，稱(chēng)為熱電極；熱電偶：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B

5、的組合，稱(chēng)為熱電耦；工作端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度高的一端，稱(chēng)為工作端；參比端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度低的一端，稱(chēng)為參比端；熱電動(dòng)勢(shì)：兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì) + 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)；接觸電勢(shì)：產(chǎn)生接觸電勢(shì)的主要原因： 不同材料具有不同的自由電子密度； 兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸面會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位，表示為：如圖所示：溫差電勢(shì)： 導(dǎo)體中自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能； 電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，因而高溫端帶正電，低溫端帶負(fù)電，形成靜電場(chǎng)，并阻礙電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩端產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，稱(chēng)為溫差電勢(shì)，表示為：如圖所示：接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的性質(zhì)：用公式可以

6、證明：回路總電勢(shì)：用小寫(xiě)e表示接觸或溫差電勢(shì)，用大寫(xiě)E表示回路總電勢(shì)。如圖所示：幾點(diǎn)討論：如圖所示1  ：熱電偶基本定律編輯中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接如第三種材料的導(dǎo)體（傳感器引出）時(shí)，只要其兩端溫度相等，總回路電勢(shì)不變。如下圖所示：用途：接入儀表測(cè)量線。參考電極定律(標(biāo)準(zhǔn)電極定律)設(shè)結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)、T0，則用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于導(dǎo)體A、C組成的熱電偶和導(dǎo)體C、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。如下圖所示，有：參考電極定律應(yīng)用：由于鉑絲的理化性能穩(wěn)定，如果能實(shí)驗(yàn)測(cè)得各種材料熱電極對(duì)鉑絲的熱電特性，就不難推得任意材料間的熱電特性。中間溫度定律結(jié)點(diǎn)溫度為(T

7、、T0)時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電耦在結(jié)點(diǎn)溫度為(T、Tn)和(Tn、T0)時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。即如圖所示：結(jié)論：中間溫度定律為制定熱電偶得分度表奠定了理論基礎(chǔ)。從分度表查出參考端為零度時(shí)得熱電勢(shì)，即可求得參考端溫度不為零時(shí)得熱電勢(shì)。1 例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量熱處理爐爐溫。冷端溫度T0=30，此時(shí)測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T0)=39.17mV,則實(shí)際爐溫是多少？解：由T0=30查分度表得：E(30,0)= 1.2mV,則：E(T,0)= E(T,30)+ E(30,0)= 39.17mV+ 1.2mV= 40.37mV再由40.37mV查分度表，得實(shí)際爐溫T=977常用熱電偶編輯1.鉑銠-

8、鉑熱電偶：S型熱電偶。特點(diǎn)：精度高，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。但熱電勢(shì)小。（<1300)2.鎳鉻-鎳硅熱電偶：K型熱電偶。特點(diǎn)：線性好，價(jià)格低，最常用。但精度偏低。(-501300)3.鎳鉻-考銅熱電偶：E型熱電偶。特點(diǎn)：靈敏度高，價(jià)格低，常溫測(cè)量，但非均勻線性。(-50500)4.鉑銠30-鉑銠6熱電偶：B型熱電偶。特點(diǎn)：精度高，冷端熱電勢(shì)小，40下可不修正。但價(jià)格高，輸出小。5.銅-康銅熱電偶：T型熱電偶。特點(diǎn)：低溫穩(wěn)定性好，但復(fù)制性差。熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：編輯1.補(bǔ)償原因：從前述分析可知，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度得單值函數(shù)；實(shí)際應(yīng)用中，由于冷端暴露在空氣中，往往和工作端

9、又比較接近，故冷端溫度易波動(dòng)；2.補(bǔ)償方法：補(bǔ)償導(dǎo)線法：目的：使冷端遠(yuǎn)離工作端，和測(cè)量?jī)x表一起放到恒溫或溫度波動(dòng)小的地方。手段：延長(zhǎng)熱電偶的長(zhǎng)度：安裝不便，費(fèi)用高；采用補(bǔ)償導(dǎo)線，要求：a.在0100范圍內(nèi)和所連接的熱電偶有相同的熱電性能；b.材料是廉價(jià)金屬注意：冷端需有自動(dòng)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償導(dǎo)線才有意義，且連接處<100；補(bǔ)償導(dǎo)線不能選錯(cuò)，如：鉑銠-鉑熱電偶：補(bǔ)償線用銅-鎳銅；鎳鉻-鎳硅熱電偶：補(bǔ)償線用銅-康銅；冷端溫度計(jì)算校正法：熱電勢(shì)修正法：冷端溫度不為零時(shí)，運(yùn)用熱電偶分度表修正，修正方法如前例所述。溫度修正法：設(shè)：T為儀表指示溫度；T0為冷端溫度；則：被測(cè)實(shí)際溫度T為：T=T+k T0

10、式中：k為熱電偶修正系數(shù)，和熱電偶的種類(lèi)和測(cè)溫范圍相關(guān)，有表可查。例：在前例中解：指示溫度：T=946；(當(dāng)E(T,T0)=39.17mV時(shí)，查分度表可得)冷端溫度： T0 =30；查表底：k=1.00則實(shí)際爐溫：T=T+k T0 = 946+ 1.00× 30=976和熱電勢(shì)修正法所得爐溫相差1，此方法在工程上應(yīng)用廣泛。冰浴法：冷端用冰水混合物保持在0。特點(diǎn)：可避免校正的麻煩，但使用不便，多在實(shí)驗(yàn)室使用。（4）補(bǔ)償電路法：見(jiàn)圖所示1 傳感器 傳感器 物理量傳感器 化學(xué)量傳感器 生物量傳感器 光電式傳感器 光纖傳感

11、器 光纖化學(xué)傳感器 熱電式傳感器 伺服式傳感器 諧振式傳感器 應(yīng)變計(jì)式傳感器 壓電式傳感器 壓阻式傳感器 磁阻式傳感器 霍爾式傳感器 激光傳感器 核輻射傳感器 超聲波傳感器 聲表面波傳感器 無(wú)源傳感器 有源傳感器 數(shù)字傳感器 模擬傳感器 結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 復(fù)合型傳感器 集成傳感器 多功能傳感器 智能傳感器 生物傳感器 電容式傳感器

12、0;力學(xué)式傳感器 壓力傳感器 差壓傳感器 絕壓傳感器 真空傳感器 表壓傳感器 力傳感器 重量傳感器 力矩傳感器 編輯本詞條缺少名片圖，補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容使詞條更完整，還能快速升級(jí)，趕緊來(lái)編輯吧！熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。中文名熱電式傳感器定    義將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置熱電特點(diǎn)測(cè)量精度高，廣熱電優(yōu)勢(shì)信號(hào)輸出較大目錄. 1 定義. 2 特點(diǎn). 3 工作原理.

13、 4 熱電偶工作原理. 5 熱電偶基本定律. 6 常用熱電偶. 7 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：定義編輯例如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動(dòng)勢(shì)、熱膨脹、導(dǎo)磁率等的變化，再通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路達(dá)到檢測(cè)溫度的目的。把溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的熱電式傳感器稱(chēng)為熱電偶；把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的熱電式傳感器稱(chēng)為熱電阻。特點(diǎn)編輯1、熱電偶特點(diǎn)：測(cè)量精度高：因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣：常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800(如鎢-錸)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便：熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲

14、組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。2、熱電阻特點(diǎn)：信號(hào)輸出較大，易于測(cè)量；熱電阻要借助外加電源，而熱電偶可自身產(chǎn)生電勢(shì)；熱電阻的測(cè)溫反應(yīng)速度慢；同類(lèi)材料制成的熱電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高。工作原理編輯熱電偶是利用熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。所謂熱電效應(yīng)，就是兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。由熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)包括接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。溫差電動(dòng)勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同

15、而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。其產(chǎn)生的機(jī)理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。熱電偶工作原理編輯熱電效應(yīng)如右圖所示，兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A、B串接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)處的溫度不同，即TT0，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì)，也稱(chēng)熱電動(dòng)勢(shì)，常

16、用EAB(T，T0)表示。同時(shí)在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。幾個(gè)概念：熱電極：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B，稱(chēng)為熱電極；熱電偶：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的組合，稱(chēng)為熱電耦；工作端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度高的一端，稱(chēng)為工作端；參比端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度低的一端，稱(chēng)為參比端；熱電動(dòng)勢(shì)：兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì) + 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)；接觸電勢(shì)：產(chǎn)生接觸電勢(shì)的主要原因： 不同材料具有不同的自由電子密度； 兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸面會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位，表示為：如圖所示：溫差電勢(shì)： 導(dǎo)體中自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能； 電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散

17、，因而高溫端帶正電，低溫端帶負(fù)電，形成靜電場(chǎng)，并阻礙電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩端產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，稱(chēng)為溫差電勢(shì)，表示為：如圖所示：接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的性質(zhì)：用公式可以證明：回路總電勢(shì)：用小寫(xiě)e表示接觸或溫差電勢(shì)，用大寫(xiě)E表示回路總電勢(shì)。如圖所示：幾點(diǎn)討論：如圖所示1  ：熱電偶基本定律編輯中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接如第三種材料的導(dǎo)體（傳感器引出）時(shí)，只要其兩端溫度相等，總回路電勢(shì)不變。如下圖所示：用途：接入儀表測(cè)量線。參考電極定律(標(biāo)準(zhǔn)電極定律)設(shè)結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)、T0，則用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于導(dǎo)體A、C組成的熱電偶和導(dǎo)體C、B組成的熱電偶產(chǎn)生的

18、熱電勢(shì)的代數(shù)和。如下圖所示，有：參考電極定律應(yīng)用：由于鉑絲的理化性能穩(wěn)定，如果能實(shí)驗(yàn)測(cè)得各種材料熱電極對(duì)鉑絲的熱電特性，就不難推得任意材料間的熱電特性。中間溫度定律結(jié)點(diǎn)溫度為(T、T0)時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電耦在結(jié)點(diǎn)溫度為(T、Tn)和(Tn、T0)時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。即如圖所示：結(jié)論：中間溫度定律為制定熱電偶得分度表奠定了理論基礎(chǔ)。從分度表查出參考端為零度時(shí)得熱電勢(shì)，即可求得參考端溫度不為零時(shí)得熱電勢(shì)。1 例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量熱處理爐爐溫。冷端溫度T0=30，此時(shí)測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T0)=39.17mV,則實(shí)際爐溫是多少？解：由T0=30查分度表得：E(30,0)= 1.2mV,則：E(T,0)= E(T,30)+ E(30,0)= 39.17mV+ 1.2mV= 40.37mV再由40.37mV查分度表，得實(shí)際爐溫T=977常用熱電偶編輯1.鉑銠-鉑熱電偶：S型熱電偶。特點(diǎn)：精度高，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。但熱電勢(shì)小。（<1300)2.鎳鉻-鎳硅熱電偶：K型熱電偶。特點(diǎn)：線性好，價(jià)格低，最常用。但精度偏低。(-501300)3.鎳鉻-考銅熱電偶：E型熱電偶。特點(diǎn)：靈敏度高，價(jià)格低，常溫測(cè)量，但非均勻線性。(-50500)4.鉑銠30-鉑銠6熱電偶：B型熱電偶。特點(diǎn)：精度高，冷端熱電勢(shì)小，40下可不修正。但價(jià)格